土壌の安定化

土壌安定化とは、工学的目的を満たすために自然土壌を改変する物理的、化学的、機械的、生物学的、またはそれらの組み合わせによる方法の総称です。 ^{[1]改良には、}道路舗装を強化するために、不安定な 下層土、砂、廃棄物の耐荷重能力、引張強度、および全体的な性能を向上させることが含まれます。

再生可能な技術には、酵素、界面活性剤、バイオポリマー、合成ポリマー、共重合体ベースの製品、架橋スチレンアクリルポリマー、樹脂、イオン安定剤、繊維強化剤、塩化カルシウム、方解石、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどがあります。これらの新しい安定化技術の中には、疎水性の表面と塊を作り出し、処理された層への水の浸入を阻害することで、水の浸透や激しい霜による道路の崩壊を防ぎます。

しかし、最近の技術により、土壌安定化の目的で使用される従来の添加剤の数が増えています。このような非伝統的な安定剤には、ポリマーベースの製品（処理済み土壌の耐荷重性と引張強度を大幅に向上させる架橋水性スチレンアクリルポリマーなど）、コポリマーベースの製品、繊維強化剤、塩化カルシウム、塩化ナトリウムなどがあります。

土壌は、安定化ジオシンセティックス、例えばジオグリッドやジオセル（3D機械的土壌安定化技術）を使用して機械的に安定化することもできます。安定化は、粒子の動きを閉じ込めて層全体の強度を向上させることによって達成されます。ジオグリッドの閉じ込めは、骨材とグリッド（および張力のある膜）の間の連結によって行われ、ジオセルの閉じ込めは、骨材に対する細胞壁閉じ込め（フープ）応力によって行われます。^[2]

伝統的かつ広く受け入れられている土壌安定化技術では、道路基盤の製造に結合剤として使用できるビチューメンエマルジョンなどの製品を使用します。しかし、ビチューメンは環境に優しい製品ではなく、乾燥すると脆くなります。土壌安定化の代替としてポートランドセメントが使用されてきました。しかし、これは高価な成分であることが多く、環境に優しい代替品ではありません。セメントフライアッシュ、石灰フライアッシュ（単独、またはセメントや石灰と一緒に）、ビチューメン、タール、セメントキルンダスト（CKD）、樹脂、イオン安定剤はすべて、一般的に使用される安定剤です。その他の安定化技術には、下層土、砂、鉱山廃棄物、天然石産業廃棄物、^[3]、粉砕した建設廃棄物などの現場材料を使用して、安定したほこりのない地域道路を提供し、完全なほこり制御と土壌安定化を行う方法があります。

環境に優しい代替品の多くは、本質的には石鹸粉と同じ配合で、土壌を潤滑し整えるだけで、効果的な結合特性はありません。新しいアプローチの多くは、固有の結合特性を持つ大量の粘土に依存しています。道路の基盤を作るための結合剤として、ビチューメン、タール乳剤、アスファルト、セメント、石灰を使用できます。

全米専門技術者協会 (NSPE) は、効果的で無害な代替手段を求めて、新しいタイプの土壌安定化技術を研究してきました。 1 つの代替手段は、架橋スチレン アクリルポリマーに基づくプロセスである新しい土壌安定化技術を活用しています。 もう 1 つの代替手段は、長い結晶を使用して、水、霜、酸、塩を通さない密閉セル構造を作成します。

新しい土壌安定化技術を活用し、ポリマー配合物内での架橋プロセスにより、従来の道路/住宅建設方法を環境に優しく効果的な方法で置き換えることができます。

深層混合法と呼ばれる別の土壌安定化方法は、非破壊的で、弱いまたは緩い土壌層の耐荷重性を改善するのに効果的です。この方法は、小さなペニーサイズの注入プローブを使用し、破片を最小限に抑え、弱い土壌層の再圧縮と強化、構造物下の耐荷重性の向上、浅い陥没穴と深い陥没穴の問題の修復に最適です。これは、不十分な公共および民間のインフラストラクチャをサポートする必要がある場合に特に効果的です。

吸水性塩化マグネシウム（潮解性）の特性には以下が含まれます。

1. 温度にほとんど依存せず、相対湿度32%の空気から水分を吸収する
2. 処理された道路は、水分や密度の低下をあまり気にせずに再整地や再圧縮を行うことができる。

ただし、制限事項としては

1. 最低湿度レベル
2. 乾燥した気候に適している
3. 濃縮溶液は非常に腐食性が高くなり、
4. 水分を引き寄せ、腐食の活性期間を延長する
5. 処理された材料に高微粒子が含まれていると、濡れると滑りやすくなる可能性がある。
6. 20％未満の溶液では、水と同様の性能効果があります^{[4] [5]}

道路での塩化マグネシウムの使用は依然として議論の的となっている。支持者は、(1) 空気がきれいになり、飛散する粉塵が若者、高齢者、呼吸器疾患のある人の健康に問題を引き起こす可能性があるため、健康状態が良くなると主張している^[6] 。 (2) 道路状況の改善による安全性の向上^{[7] [8]}には、運転者の視界の向上、砂利道、軟弱地、路面の荒れ、飛石によるリスクの減少などがある。^{[9]塩化マグネシウムは、近くの表層水[10]}の異物堆積物（小川や渓流に沈殿する粉塵）を減らし、植物の毛穴が詰まることで生じる作物の成長阻害を防ぎ、車両や財産を清潔に保つ。^[11]他の研究では、道路の凍結防止や粉塵抑制のために塩を使用すると、その化合物で処理された道路の表面から大量の塩化物イオンが流出する可能性があることが示されている。塩MgCl ₂（およびCaCl ₂）は水に非常に溶けやすく、解離する。^[12]道路の路面に使用された塩は、雨天時に溶解し、浸透や表面水域への流出によって地下水に運ばれます。^[8] 地下水浸透は問題となる可能性があり、飲料水中の塩化物イオンは濃度が250 mg/Lを超えると問題とみなされます。そのため、米国EPAの飲料水基準によって規制されています。地下水または表面水の塩化物濃度は、次のようないくつかの要因によって異なります。

1. 適用率
2. 土壌の組成と種類
3. 降水の種類、強度、量
4. 道路排水システム^[13]

さらに、表層水の塩化物濃度は、水域の大きさや流量、および結果として得られる希釈度にも依存します。ウィスコンシン州で冬の除氷期間中に実施された塩化物濃度調査では、道路脇の排水路からの流出水が分析されました。すべての調査で、除氷活動の結果として塩化物濃度が上昇したことが示されましたが、そのレベルはEPAが設定した250 mg/LのMCLを下回っていました。^{[14] [15] [16] [17] [18]}ただし、この曝露の長期的な影響は不明です。

米国環境保護庁は家庭用水中の塩化物濃度の上限を250mg/Lと定めているが、動物はもっと高い濃度でも耐えられる。濃度が高すぎると、塩化物は動物の健康に影響を及ぼすと言われている。^[19] 内務長官の国家技術諮問委員会（1968年）は「塩分濃度は野生生物に二重の影響を及ぼす可能性がある。一つは関係する種の体内機能に直接影響を及ぼし、もう一つは環境を変化させて種の存続を困難または不可能にする間接的な影響である」と述べている。野生生物に関する限り、凍結防止塩の使用に関連する大きな問題の1つは、野生生物は「塩を渇望する」ことが知られており、そのため塩を撒いた高速道路に引き寄せられ、動物と運転手の両方にとって交通の危険となる可能性があることである。

道路沿いの土壌への塩化物塩の蓄積が道路沿いの植物や植生の生理や形態に及ぼす悪影響については、第二次世界大戦の時代まで遡る文献^[20]があり、現在まで一貫して続いています^[21] 。植物や植生に関して言えば、土壌中の塩の蓄積は、土壌溶液の浸透圧を上昇させ、植物のミネラル栄養を変化させ、特定のイオンを植物内に毒性濃度まで蓄積させることで、植物の生理や形態に悪影響を及ぼします。（意図的な過剰な塩の散布については、「Salting the Earth 」を参照してください）。

道路管理局や民間企業は、未舗装道路（土や砂利）や採石場などの埃っぽい作業現場での埃や浸食を抑制するために、液体または粉末の塩化マグネシウムを散布することがあります。これは、購入や散布が比較的安価だからです。塩化マグネシウムは吸湿性があるため、空気中の水分を吸収し、空中に舞う小さな粒子（シルトや粘土）の数を制限します。埃防止製品を散布する最も重要な利点は、砂利道の維持費の削減です。^[22]しかし、最近の研究や最新情報によると、植物の環境における生物学的毒性は継続的な問題です。^[21] 2001年以来、トラック運転手は道路上の「殺人化学物質」について苦情を申し立てており、現在、いくつかの州では塩製品の使用を控えています。^{[23] [24]}

屋内競技場（例えば、乗馬用）の所有者のごく一部は、砂やその他の「土台」材料に塩化マグネシウムを塗布して、ほこりを抑制することがあります。乗馬（馬）競技場環境で使用される塩化マグネシウムは、一般的にほこり抑制剤と呼ばれますが、その性能は空気や接触するあらゆるものから水分を吸収することに基づいているため、技術的には水分増加作用と考える方が正確です。

塩化物は、粉塵を抑制または軽減するためには水分を必要とするため、乾燥気候よりも湿度の高い気候でより効果的に機能します。湿度が上昇すると、塩化物は空気中の水分を吸収して表面を湿らせ、湿度が下がると拡散して水分を放出します。これらの自然に発生する平衡変化により、塩化物は脱水剤としても使用でき、皮革の乾燥、硬化、保存にも使用できます。^[25]

塩化マグネシウムは道路安定剤として砂利や粘土粒子を結合し、それらが道路から離れないようにします。塩化マグネシウムの吸水性（吸湿性）特性により、道路が乾燥するのを防ぎ、砂利を地面に留めます。道路は、まるで水車が道路に散水したばかりのように、常に「濡れた」状態になります。^[26]

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